VIGILANCIA, AUSCULTACIÓN Y SEGURIDAD DE...

FORO 17/11/2012: SEGURIDAD DE PRESAS EN PANAMÁ

« Vigilancia, auscultación y seguridad de presas y embalses »

VIGILANCIA, AUSCULTACIÓN Y

SEGURIDAD DE PRESAS Y EMBALSES

1

SEGURIDAD DE PRESAS EN PANAMÁ

Foro organizado por el Comité Panameño de Presas

Manuel G. de Membrillera Ortuño

Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos



Índice de contenidos

• Gestión de la seguridad de presas

• Sistemas de auscultación de presas y embalses

• Análisis e interpretación del comportamiento de presas mediante

sistemas de auscultación

• Mantenimiento y conservación de sistemas de auscultación

• Optimización de la explotación de sistemas presa-embalse

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Gestión de la

seguridad de

presas

3

Fuente: Zielinski,

“Informe General de la Cuestión 91”,

23 Congreso ICOLD (2009)










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Sistemas de auscultación de presas y embalses

• El objetivo de la vigilancia y auscultación de presas es gestionar

el riesgo y reducir su probabilidad de ocurrencia mediante la

provisión de medios para la identificación temprana de eventos

indeseados que puedan causar la rotura.

• La organización de cualquier proceso de vigilancia y

auscultación debería apuntar a reducir, tanto como fuera posible,

la probabilidad de rotura mediante:

– Identificación de los potenciales modos de rotura y provisión

de un programa de vigilancia y auscultación para ello,

– Detección temprana del estado inicial en procesos evolutivos

que puedan llevar a mecanismos de rotura,

– Compresión del comportamiento de la presa y sus

componentes mediante parámetros físicos

5

> Definición y principios de la vigilancia y auscultación

Fuente: Boletín 138 ICOLD, 2008




6

Fuente: Boletín 138 ICOLD, 2008




7


• Proyectar soluciones adaptadas a la problemática del

conjunto presa-cimiento

• Instalar los sensores y equipos con personal

experimentado y formado

• Realizar campañas de lecturas según procedimientos

preestablecidos

• Mantener los equipos adecuadamente

• Tratar y validar los datos proporcionados por el sistema

• Analizar la información por ingenieros expertos




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- Seguridad

para el titular

- Cumplimiento

de legislación y

normativa

Sistema de auscultación

eficiente, que convierte datos

en información durante:

• Proyecto

• Construcción

• Puesta en Carga

• Explotación ordinaria

• Situaciones extraordinarias

RESULTADO:




9

> Métodos de medida: auscultación manual y automática

Lecturas manuales directas

Lecturas manuales indirectas

Medición con equipo de

lectura de cuerda

vibrante




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• Control visual

• Condiciones del entorno

• Medición manual directa (si es posible)

B. Armario centralizador

A. Instrumentación automatizada

C. Remota

• Control visual


• Mediciones manuales indirectas

• Control visual


• Actualización de

configuraciones/parámetros

855.50

932.00




• Sensores robustos y duraderos

• Posibilidad de realizar reparaciones

• Precisos y sensibles a las variables de interés

• Fáciles de “leer”

• Fundamentados en los modos de fallo

• Indicadores: locales o globales

• Redundancias necesarias

• Frecuencia de lecturas adaptada al modo de fallo que se

desea controlar

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> Selección de la instrumentación e instalación




12

> Selección de la instrumentación e instalación

• Reflexión:

– Las medidas suelen ser puntuales

– Actualmente, pueden ser medidas distribuidas (fibra óptica)

– Tipos de sensores: «absolutos» o redundantes

Fuente: Höpffner et al., 2007




13

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

13-Sep-07 17:57 step 54088

-4.892E+01 <x< 7.908E+01 -6.870E+01 <y< 5.930E+01

X-displacement contours

0.00E+00 1.00E-03

2.00E-03 3.00E-03

4.00E-03 5.00E-03 6.00E-03

7.00E-03 8.00E-03

Contour interval= 1.00E-03

Boundary plot

0 2E 1

Factor of Safety 1.03 -5.000

-3.000

-1.000

1.000

3.000

5.000

(*10 1̂)

-3.000 -1.000 1.000 3.000 5.000 7.000(*10 1̂)

JOB TITLE :

Rotura por inestabilidad en los bloques 17 á 19, teniendo en cuenta la geología del cimiento y las leyes de subpresiones registradas por los piezómetros, en escenario de operación normal del embalse.

Necesidades: inspección, vigilancia y auscultación Niveles piezométricos en el cimiento / 15 días Movimientos en péndulo / 15 días Nivelación en la coronación / trimestre Colimación en la coronación / trimestre Movimientos en juntas / 15 días Realización de informes anuales Inspección visual de galerías, central de pie y

coronación (pretil, bordillo) / semanal Necesidades de investigación y estudios Medidas urgentes Repercusión sobre las NEX o PEP

> Vigilancia y auscultación vs. modos de fallo






• Análisis e interpretación del comportamiento de presas

mediante sistemas de auscultación



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Análisis e interpretación del comportamiento

• Algunas preguntas básicas para diseñar un plan de

auscultación (nivel 1):

– ¿Por qué vigilar?

– ¿Qué se quiere analizar, instrumentar y medir?

– ¿Qué vigilar?

– ¿Cómo vigilar?

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> Plan coordinado de auscultación




• Preguntas a contestar por el sistema de auscultación

(nivel 2):

– ¿Se comporta la presa como esperábamos?

– ¿Se comporta la presa como lo hizo en el pasado?

– ¿Se aprecia alguna tendencia en el comportamiento?

– ¿Se detecta alguna anomalía?

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• Preguntas a contestar por el ingeniero responsable

(nivel 3):

– ¿Es la presa segura a día de hoy?

– ¿Cómo de segura será la presa en el futuro?

• A corto plazo

• A largo plazo

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• Sin ningún tipo de instrumentación

• Existe instrumentación, pero se encuentra inoperativa

• Existe instrumentación, pero no se ausculta

• Se ausculta, se almacenan los datos, pero no se

analizan

• Gráficas temporales de los datos, pero sin análisis

• Gráficas de los datos y análisis superficial

• Auscultación adecuadamente graficada, interpretada y

con toda la documentación archivada

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> Interpretación de registros procedentes de la auscultación

Casuísticas posibles según la presa y el titular:




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> Elaboración del informe anual e informes extraordinarios




20

Ejemplo de algunos análisis: isotermas en presas de concreto




21

Ejemplo de algunos análisis: desplazamientos en péndulos




22





23





24

Ejemplo de algunos análisis: análisis de subpresiones




25

Ejemplo de algunos análisis: movimiento en juntas




26

Ejemplo de análisis: tensiones principales (s/ extensómetros)




27

Ejemplo de algunos análisis: tensiones totales y efectivas




28

Ejemplo de algunos análisis: isolíneas de presión intersticial




29

Ejemplo de algunos análisis: inspecciones visuales




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Ejemplo de recomendaciones sobre el programa de lecturas

Sensores conectados al sistema automático de medición

Diario

Diario

•Inspección de la presa y

parte de las galerías

Lecturas manuales

Los sensores automatizados

que no se puedan leer “in

situ”, se leerán de forma

indirecta en el cuadro de

centralización

Semestral

•Nivelación

Quincenal

•Células de presión total

Semanal

•Piezómetros de cuerda

vibrante

•Filtraciones




• Definición de umbrales:

– Para las lecturas y, sobre todo, para los RESIDUOS

– Obviar los errores de lectura y excluirlos

– Analizar con cuidado lecturas puntuales fuera de rango

– Utilizar como referencia la desviación típica

– Establecer una gradación de avisos o alarmas

• Situaciones que deben ser detectadas a toda costa:

– Instrumentación deteriorada

– Anomalías de cualquier naturaleza

– Tendencias en las lecturas y, sobre todo, los RESIDUOS

– Situaciones peligrosas para la seguridad de la presa

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> Integración de la auscultación en los planes de emergencia




32





33


Modelos

deterministas

Elaborados a priori

Fundamento físico

No pueden actualizarse

Modelos estadísticos Elaborados siempre a posteriori

Fundamento numérico

Obtienen condiciones de referencia que aíslan el efecto de

variables como nivel de embalse, temperatura, gradientes,…

Rápida actualización

Modelos híbridos Basados en un modelo determinista de la presa

Calibrados mediante análisis estadístico de datos pasados

Actualizados por fases




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Modelos deterministas

FLAC3D 3.10

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

©2006 Itasca Consulting Group, Inc.

Step 16524 Model Perspective11:56:19 Tue Apr 29 2008

Center: X: 2.600e+002 Y: 8.000e+001 Z: 2.189e+002

Rotation: X: 20.000 Y: 0.000 Z: 240.000

Dist: 7.566e+002 Mag.: 0.8Ang.: 22.500

Contour of SMax Magfac = 0.000e+000 Live mech zones shown Gradient Calculation

-1.6528e+006 to -1.6000e+006-1.6000e+006 to -1.4000e+006-1.4000e+006 to -1.2000e+006-1.2000e+006 to -1.0000e+006-1.0000e+006 to -8.0000e+005-8.0000e+005 to -6.0000e+005-6.0000e+005 to -4.0000e+005-4.0000e+005 to -2.0000e+005-2.0000e+005 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 2.0000e+005 2.0000e+005 to 3.3519e+005

Interval = 2.0e+005

Axes Fixed Linestyle

XY

Z

0.960




35


Modelos estadísticos

m = variable medida

c = variable calculada con el modelo

tj = tiempo (fecha)

jjjjjjjjjjjjc tTKtzJTzItHTGTGzFzFt ,,,12121

jzF1efecto del nivel de embalse

jzF2 efecto del gradiente del nivel de embalse

jTG1efecto térmico medio

jTG2efecto del gradiente térmico

jtH1efecto de la deriva temporal

jj TzI , efecto combinado del nivel de embalse y la temperatura

jj tzJ , efecto combinado del nivel de embalse y el tiempo

jj tTK , efecto combinado de la temperatura y el tiempo




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TOMA DE DECISIONES = UMBRALES SOBRE LECTURAS:




37

TOMA DE DECISIONES = UMBRALES SOBRE RESIDUOS:










38



Mantenimiento y conservación de


39

Recopilación de los datos disponibles, manuales y automáticos

Análisis de los datos

Generación de informes de estado y seguridad

Definición de las necesidades de

inspección y mantenimiento

Planificación de las tareas

de campo

Importancia

fundamental de la

calidad del dato

Dudoso/nulo

funcionamiento

del sistema de

auscultación

Fallo del instrumento

Fallo de la

automatización

> Trabajo previo de gabinete





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• Aquellos elementos que resulten claves para revisar y

conservar en buen estado los instrumentos de control

• Funcionamiento manual o automático

Principales enemigos para la conservación de equipos:

Agua

Humedad

Insuficiente

iluminación Dificulta enormemente los trabajos

Deterioro de los elementos de control

Desgaste progresivo de partes mecánicas

Aspectos fundamentales a considerar:





41

> Un ejemplo: necesidades en péndulos





42

> Un ejemplo: los péndulos

Verificación y calibración:

Las lecturas manuales y automáticas

deben resultar análogas



Mantenimiento y conservación de sistemas de

auscultación

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> Recomendaciones básicas:

2. Importancia fundamental de las revisiones periódicas sobre los

elementos de medida de los sensores

3. Realización periódica de lecturas manuales para verificar el adecuado

funcionamiento del sistema automático

1. Cumplir puntualmente las tareas de mantenimiento consideradas en las

normas de explotación

Es necesario mantener y almacenar adecuadamente los

aparatos y accesorios utilizados en las lecturas manuales

SOLO ASÍ ES POSIBLE TENER INFORMACIÓN A PARTIR DE LOS DATOS










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Optimización de la explotación

45

> Herramientas de apoyo: control en tiempo real

Detección inmediata de cualquier

comportamiento anómalo en la

presa y su cimiento

Sistemas de adquisición diseñados

para recibir gran cantidad de datos

de forma precisa y segura

Con un sistema de control en tiempo

real es posible acceder a los datos

de auscultación en cualquier lugar y

momento

Fuente: Ofiteco, 2010




46

> Herramientas de apoyo: control en tiempo real

Centro de tratamiento de la

información

Estación remota

Estación redundante

HUB

Línea telefónica

Estación de control

VSAT

GSM / GPRS

Teléfono

Radio





47

> Herramientas informáticas de apoyo



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49






50

Fuente: Serrano, 2010

> Un enfoque holístico e integral: el análisis de riesgos


« Vigilancia, auscultación y seguridad de presas y embalses » 51

MUCHAS GRACIAS

Manuel G. de Membrillera Ortuño

Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Director de Operaciones (COO)

Profesor Asociado, E.T.S.I.C.C. y P.

Depto. de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente

[email protected]

www.damsafety.com

www.ofiteco.com

Vocal Colaborador (COMITÉ NACIONAL ESPAÑOL DE GRANDES PRESAS)

Comisión de Obras Hidráulicas (ASOCIACIÓN NACIONAL DE AUSCULTACIÓN Y

SISTEMAS DE GESTIÓN TÉCNICA DE INFRAESTRUCTURAS)

mailto:[email protected]

http://www.damsafety.com/

http://www.ofiteco.com/

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